Как определить направление волны по направлению точек
-
- Политика
- ВМФ
- Украина
- ВМС США
- ВМС Европы
- ВМС Азии
- Другие ВМС
- Пиратство
- Происшествия
- Соцобеспечение
- Курьезы
- 23 февраля
- Арабский мир
- 9 мая
- День ВМФ
- Структура ВМФ
- Структура ВМФ
- Балтийский флот
- Черноморский флот
- Тихоокеанский флот
- Северный флот
- Каспийская флотилия
- Боевые возможности ВМФ РФ и ВМС США
- Подводные лодки
- Надводные корабли
- Офицер
- Командир корабля, командир части
- Помощники командира
- Командир БЧ оружия
- Командир БЧ связи/управления
- Командир электромеханической БЧ
- Корабельный врач
- Командир группы, инженер
- Штурман
- Старшина команды
- Техник
- Специалист
- Младший командир — старшина, сержант
- Хронология трех веков Российского Флота
- Борьба русского народа за выходы к морю в XIII-XVII вв.
- Регулярный военный флот Петра Великого
- Русский флот в послепетровский период
- Русский парусный флот в XIX в.
- Паровой броненосный и миноносный флот
- Подводные лодки в Российском императорском флоте
- Флот накануне и в период Первой мировой и Гражданской войн
- Становление советского флота
- Флот накануне и в период Великой Отечественной войны
- История родов сил ВМФ
- Надводные силы
- Подводные силы
- Морская авиация
- Береговые войска
- Наука и Флот — исторический обзор
- Наука и современность
- Тактика и оперативное искусство
- Научные проблемы кораблестроения и их решение
- Научные проблемы корабельной энергетики
- Оружие кораблей ВМФ
- Радиоэлектронное вооружение
- Авиация ВМФ и роль науки в ее развитии
- Навигация и океанография
- Флотские ученые
- Военно-морская академия
- Морской Корпус Петра Великого — Санкт-Петербургский военно-морской институт (бывш. ВВМУ им. М.В. Фрунзе)
- Военно-Морской Институт Радиоэлектроники (бывш. Высшее Военно-Морское Училище Радиоэлектроники им. А.С.Попова)
- Тихоокеанский военно-морской институт им. С.О. Макарова
- Военно-морской инженерный институт
- Балтийский государственный технический университет («Военмех»)
- Военно-Медицинская академия
- Военный университет МО РФ
- Нахимовское училище
- Ломоносовский морской колледж ВМФ
- Морской кадетский корпус
- Балтийский военно-морской институт
- Черноморское высшее военно-морское училище имени П.С. Нахимова
- Кадетская Россия: школы и корпуса
- Издания с материалами о ВМФ
- Литература
- Рекомендуем прочесть
- Книжная полка
- Справочники, словари, руководства, указатели
- Исследования, документалистика
- Фундаментальные, энциклопедические, общеисторические труды
- Мемуары
- Художественные исторические труды, публицистика, поэзия, карикатура
- Одна «Булава» — хорошо.
- Международное морское право
- Законы
- Указы и постановления
- Корабельные уставы
- Кодексы
- Стандарты, правила
- Каталог бизнес-организаций
- Каталог товаров и услуг
- Как загрузить в каталог данные о товарах/услугах?
- О кают-компании
- Поэтический иллюминатор
- Вернисаж
- Анекдоты, флотские байки, пословицы
- История одной жизни
- «Море зовет» и «На побывке»
- Песни — душа поет о море
- Ностальгия
- Computer & mobile
- Ссылки
Речные катамараны
оснастят
отечественными двигателямиЧто такое волны и методы их измерения.
Во всех водоемах есть волны. Они могут варьироваться от длинных волн (приливы и отливы, вызываемых гравитационной силой Солнца и Луны), до крошечных волн, создаваемых сопротивлением ветра на поверхности воды. Распределение энергии волн меняется в диапазоне от 12 часов до 0,5 секунд для длинных волн и от 0,5 до 30 секунд для ветровых волн. Ветровые волны в первую очередь интересуют инженеров и ученых. Точность измерения ветровых волн зависит от используемого метода измерения.
Методы измерения.
Диапазон 0,5–30 секунд, который определяет ветровые волны, имеет изменчивость, что затрудняет их измерение. Местные ветра могут создать небольшие волны по высоте и короткие по длине. В зависимости от силы ветра, продолжительности ветра, расстояния, открытости пространства волны могут нарастать. В результате, волновая среда в конкретном месте может состоять из комбинации местных ветровых волн от морского бриза и длинных волн (зыби), генерируемых штормами за сотни или тысячи километров. Известны 2 метода измерения волн:
Анализ временных рядов для измерения волн.
Волны случайны, поэтому для измерения волн требуется отбор проб в течение определенного периода времени. Самые распространенные параметры волн это высота, период и направление волнового поля, представляющие временной ряд. В качестве приблизительного практического правила, выбирается самый длинный период волны в 10 секунд и 100 циклов, т.е. длина выборки будет 1000 секунд. Двумя, найболее распространенными оценками являются значительная высота волны ( H s ) и средний период ( T z ). Другими параметрами, которые могут быть оценены на основе рейтинга записи, являются максимальная высота волны (H max ) и среднее значение самых больших волн в записи (H 10). Последние два параметра обычно используются для проектирования и оценки прибрежной зоны.
Анализ временных рядов, может показаться правильным подходом к измерению волн, но два общих ограничения не позволяют многим из таких анализов добиться успеха. Первое ограничение состоит в том, что анализ временных рядов является сложным. Второе: многие устройства для измерения волн не имеют технологии для прямого измерения смещения поверхности и, следовательно, данные не точные.
Спектральный анализ для измерения волн.
Это основной метод обработки волновых результатов, основанный на измерении волн из-под поверхности, в точке. Волны измеряются косвенно по связанным свойствам, таким как динамическое давление и орбитальная скорость. Что происходит под поверхностью, когда волна распространяется мимо точки? Когда волна проходит мимо точки, она создает локальные токи (течения) под поверхностью. Эти течения являются особыми в том смысле, что они меняют направления: затронутая вода ниже гребня волны движется в направлении распространения, в то время как затронутая вода ниже движется в направлении, противоположном распространению. Это циклическое движение создает круговую траекторию в глубокой воде и называется орбитальной скоростью волны. Орбитальные скорости воды экспоненциально затухают с увеличением глубины и меньшей длины волны. Это означает, что короткие волны в глубокой воде не имеют сигнала орбитальной скорости, который проникает до дна. Это также верно и для динамического давления, оно в значительной степени зависит от наличия орбитальных скоростей, а это означает, что оно также испытывает ослабление в зависимости от глубины и длины волны. Это позволяет измерить давление, скорость и направление волны в зоне развертывания прибора. Но при этом накладывает ограничения на глубину развертывания, а также на типы волн (например, длинные и короткие), которые можно эффективно измерить.
Решения для измерения волн представим в следующей статье.
Продольные и поперечные волны
Отвлечемся от внутреннего строения вещества для того, чтобы исследовать законы распространения механических волн. Вещество будем рассматривать как сплошную среду, непрерывно изменяющуюся в пространстве.
Частицей, изучая колебания, будем называть малый элемент объема среды, размеры которого много больше, чем расстояния между молекулами, при этом частицу среды принимаем за материальную точку.
Рассматривая механические волны, будем считать вещества, в которых они распространяются, упругими, внутренние силы, возникающие в них при малых деформациях, пропорциональными величине деформации.
При возбуждении колебания, в каком- либо месте упругой среды, в результате взаимодействия частиц среды, оно распространяется в веществе от точки к точке с некоторой конечной скоростью. Процесс распространения колебаний называют волной. Важным свойством волнового процесса является то, что в нем не происходит переноса массы, каждая частица выполняет колебания около положения равновесия. В волне от частицы к частице передается состояние колебательного движения и энергия колебаний. Волна переносит энергию.
В зависимости от направления колебаний частицы вещества по отношению к направлению распространения волны, волны делят на продольные и поперечные.
Продольные волны
Определение
Если частицы совершают колебания в направлении распространения волны, то такую волну называют продольной.
Продольные волны распространяются в веществе, в котором возникают силы упругости, при деформации растяжения и сжатия в веществе в любом агрегатном состоянии.
Так, например, волны звука, распространяющиеся в воздухе, относят к продольным волнам. Продольные волны, имеющие частоты от 17 до 20~000 Гц называют звуковыми. Скорость распространения акустических волн зависит от свойств среды и ее температуры.
При распространении продольной волны в среде возникают чередования сгущений и разрежений частиц, перемещающихся в направлении распространения волны со скоростью $v$. Все время существования волны, элементы среды выполняют колебания у своих положений равновесия, при этом разные частицы совершают колебания со сдвигом по фазе. В твердых телах скорость распространения продольных волн больше, чем скорость поперечных волн.
Скорость распространения продольных упругих волн в однородных в газах или жидкостях равна:
где $K$ — модуль объемной упругости вещества; $\rho =const$ — плотность среды. В газах формула (1) справедлива, если избыточное давление много меньше, чем равновесное давление невозмущенного газа.
Скорость распространения продольных волн в тонком стержне, вызванных его продольным растяжением и сжатием равна:
где $E$ — модуль Юнга вещества стержня.
Поперечные волны
Определение
Поперечной волной называют такую волну, в которой колебания частиц среды происходят в направлениях перпендикулярных к направлению распространения волны.
Механические волны могут быть поперечными только в среде, в которой возможны деформации сдвига (среда обладает упругостью формы). Следовательно, в жидкостях и газах механических поперечных волн не наблюдают. Поперечные механические волны возникают в твердых телах. Примером таких волн являются волны, которые распространяются в натянутых струнах.
Скорость ($v$) распространения поперечных волн в бесконечной изотропной среде можно вычислить как:
где $G$ — модуль сдвига среды; $\rho $ — плотность вещества.
Упругие свойства и плотность твердого тела зависит от химического состава вещества, и она несущественно изменяется при изменении давления и температуры. Поэтому в большинстве случаев скорость распространения волны можно считать постоянной.
Приведенная здесь скорость распространения упругих волн называется фазовой скоростью.
Уравнение продольной и поперечной волны
Основной задачей при изучении волн является установление закона изменения во времени и пространстве физических величин, которые однозначно характеризуют движение волны. При рассмотрении упругих волн такой величиной служит, например, смещение ($s$) частиц среды от их положений равновесия. Функция $s$ в зависимости от координат пространства и времени называется уравнением волны.
Самым простым видом волн являются гармонические волны. В таких волнах параметры $s$ для всех частиц среды, которые охвачены волной, совершают гармонические колебания с одинаковыми частотами. Для реализации данного волнового процесса необходимо, чтобы источник гармонических волн совершал незатухающие гармонические колебания.
Уравнение одномерной волны записывают как:
$k$ — волновое число; $\lambda \ $ — длина волны; $A$ — амплитуда волны в точке (если среда не поглощает энергию, то амплитуда колебаний совпадает с амплитудой колебаний источника волн); $\left[\omega t-kx+\varphi \right]$ — фазой волны; $\omega $- циклическая частота колебаний; $\varphi $ — начальная фаза.
Примеры задач с решением
Задание: Поперечная волна распространяется по натянутой струне со скоростью $v=2\frac$, период колебаний точек струны равен T= 1 с, амплитуда колебаний составляет 0,05 м. Какими будут смещение и скорость малого элемента струны, который находится на расстоянии $x_1=1\ $м от источника колебаний в момент времени $t_1$=2 c?
Решение: Основой для решения задачи служит уравнение одномерной волны:
где $s$ — смещение точки струны, совершающей колебания; $x$ — расстояние от источника волны до рассматриваемой точки; $k=\frac<\omega >$ — волновое число; $v$ — скорость распространения волны.
Циклическую частоту $\omega $ найдем (при T=1 c) как:
Тогда волновое число при $v=2\frac$ равно:
Уравнение для нашей волны в учетом данных задачи приобретет вид:
Смещение точки струны, находящейся на расстоянии $x_1=1\ $м от источника колебаний в момент времени $t_1$=2 c будет равно:
Скорость рассматриваемой точки струны найдем как:
Ответ: $s_1=-0,05$ м; $\frac\left(t_1,\ x_1\right)$=0$\frac$
Задание: Плоская одномерная волна распространяется в упругой среде. Изобразите на графике направление скорости частиц среды в точках $s=0,\ $при t=0 для продольной и поперечной волн.
Решение: Уравнением одномерной плоской волны служит выражение:
При $t=0\ c$ из выражения (2.1) получаем:
В продольной волне частицы смещаются вдоль направления скорости движения волны (рис.1).
В продольной волне частицы совершают колебания поперек направления скорости движения волны рис.2.
Warning: file_put_contents(./students_count.txt): failed to open stream: Permission denied in /var/www/webmath-q2ws/data/www/webmath.ru/poleznoe/guide_content_banner.php on line 20
проверенных автора готовы помочь в написании работы любой сложности
Мы помогли уже 4 453 ученикам и студентам сдать работы от решения задач до дипломных на отлично! Узнай стоимость своей работы за 15 минут!
Остались вопросы?
Здесь вы найдете ответы.
Продольные и поперечные волны
Волна — это среда передачи энергии. Этот перенос происходит из-за какого-то возмущения (или колебания), которое распространяется от источника к месту назначения без чистого переноса материи.
Определение продольных волн
Волны, в которых частицы среды колеблются в направлении, параллельном направлению, в котором распространяется движение. Продольная всегда механическая и возникает вследствие последовательных сжатий (состояний максимальной плотности и давления) и расширений (состояний минимальной плотности и давления) среды. Примерами продольных являются волны, создаваемые пружиной, когда один из ее концов колеблется в том же направлении, что и пружина (рис. 1), и звуковые.
Определение поперечных волн
Волны, в которых частицы среды колеблются в направлении, перпендикулярном направлению, в котором распространяется движение. (Рис. 2)
Волны, возникающие в пруду с водой, на веревке, или электромагнитные являются примерами поперечных. На рисунке показана связь между сжатиями и расширениями продольной по отношению к гребням и впадинам поперечной.
Некоторые движения, такие как океанские и сейсмические волны, представляют собой комбинацию продольных и поперечных. Например, когда морская распространяется по поверхности воды, молекулы воды движутся почти по кругу, очерчивая ряд гребней и впадин.
Когда волна проходит, молекулы воды на гребнях движутся в ее направлении, а молекулы на впадинах движутся в противоположном направлении. Следовательно, после прохождения определенного числа полных волн смещения молекул воды не происходит.
Скорость поперечной волны
Вы когда-нибудь замечали, что в процессе настройки гитары колышек вращают, чтобы увеличить или уменьшить натяжение струны. При увеличении напряжения любой генерируемый в нем импульс будет иметь более высокую скорость распространения.
Но, поскольку не все струны имеют одинаковую толщину, указанная скорость также будет зависеть от этого фактора, так как чем больше толщина струны, тем меньше скорость распространения. Следовательно, можно утверждать, что скорость распространения по струне равна:
- Прямо пропорциональна его напряжению.
- Обратно пропорциональна толщине струны.
Для определения факторов, от которых зависит скорость распространения по струне, предположим, что на струну действует натяжение \[F_\] и что в момент времени t 0 на ее конце действует сила в вертикальном направлении \[F_\] чтобы заставить его колебаться, как показано на рисунке ниже.
Масса движущихся частиц струны — это масса на единицу длины (м/л) или линейная плотность (м). Тогда v:
\[\begin
&v^=\frac> <\mu>\\ &v=\sqrt<\frac><\mu>> \end \] Распространение и скорость продольных и поперечных волн
Как вы уже знаете, механические волны передаются при взаимодействии близко расположенных друг к другу частиц. Например, без воды и ее частиц корабли не могли бы использовать сонар, а без частиц воздуха мы не могли бы услышать концерт, а летучие мыши не могли бы летать или охотиться в темноте. С другой стороны, другие типы волн, например, создаваемые солнечным светом, НЕ нуждаются в материальной среде для своей передачи. Солнечный свет достигает Земли после пересечения пустого пространства между двумя звездами. По этой причине нельзя сказать, что волна есть возмущение материального тела, а передача возмущения.
При распространении возмущений через какую-либо среду (землю, воздух, воду и т. д.) они не распространяются мгновенно повсюду, а требуют некоторого времени для перехода из одной точки в другую. Так, например, звук грома воспринимается дольше, чем дальше мы находимся от места, где происходит гроза.
Определение 2
Скорость распространения – это расстояние, проходимое возмущением, передаваемым волной, за заданное время. Скорость распространения зависит от материальной среды, в которой она распространяется. Таким образом, звук распространяется быстрее в воде, чем в воздухе, и быстрее в твердых телах, чем в жидкостях.
Мы можем рассчитать скорость, с которой распространяются волны, возникающие на поверхности пруда. Для этого нам нужно знать расстояние d между очагом или источником возмущения и точкой на поверхности воды, а также время, за которое возмущение достигает этой точки.
Зная эти значения, применяется следующее уравнение:
\[v=\frac\]
v — скорость в метрах в секундах.
d — пройденное расстояние в метрах с.
t — время в секундах, за которое волна проходит это расстояние.
Нет времени решать самому?